Linux Namespace

来源:https://www.cnblogs.com/Leon-The-Professional/archive/2018/11/12/9948870.html
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[toc] Linux Namespace Linux Namespace 是kernel的一個功能，用於隔離系統資源。比如說PID，User ID 等。（可以想象一下變成語言變數的命名空間）這樣我們就可以將 進程，網路介面，掛載點以及用戶做一個隔離。 比如說我們在同一臺主機上，需要將資源分給多個類 ...


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Linux Namespace

Linux Namespace 是kernel的一個功能，用於隔離系統資源。比如說PID，User ID 等。（可以想象一下變成語言變數的命名空間）這樣我們就可以將
進程，網路介面，掛載點以及用戶做一個隔離。

比如說我們在同一臺主機上，需要將資源分給多個類似於root的用戶，而且要將其隔離開來互不影響。在我們不去使用多台主機的情況下這裡Namespace就
派上了用場。使用Namespace可以做到UID級別的隔離，也就是說我的ubuntu賬戶id為5.針對我虛擬化出來一個Namespace，在這個Namespace了里我有
root用戶的許可權。在這個系統外，我就是一個普通的用戶。甚至都不能訪問系統外部。

除了User Namespace，PID也可以被虛擬。從用戶角度看，我的第一個進程pid是1。但是從系統的角度看這個1只是一個映射關係。他也許在系統上的pid
是5或者x。父命名空間可以看得到子命名空間的狀態等等，但是反過來確實不行的。這樣下來，我們可以虛擬處多個pid是1的進程但是在父命名空間來看他
們的pid就是a，b，c...等。（這裡字母代指數字,）

Linux一共實現了6中不通類型的Namespace

Type System call parameters 系統調用參數 Kernel version
Mount Namespace CLONE_NEWNS 2.4.19
UTS Namespace CLONE_NEWUTS 2.6.19
IPC Namespace CLONE_NEWIPC 2.6.19
PID Namespace CLONE_NEWPID 2.6.24
Network Namespace CLONE_NEWNET 2.6.29
User Namespace CLONE_NEWUSER 3.8

Namespace的API主要使用如下3個系統調用。

  • clone() 創建新進程。根據系統調用參數來判斷是哪些類型的Namespace被創建，而且他們的子進程也會被包含到這些Namespace中。
  • unshare() 將進程移出某個Namespace。
  • setns() 將進程加入到某個Namespace。

UTS Namespace

UTS Namespace 主要是用來隔離nodename和domainname兩個系統標識。在UTSNamespace中每個Namespace允許有自己的hostname。

使用GO來實現

package main
import (
    "os/exec"
    "syscall"
    "os"
    "log"
    
)
func main() {//
    cmd := exec.Command("sh")  //可以理解為進程的名稱
    cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
        Cloneflags: syscall.CLONE_NEWUTS,
    }
    cmd.Stdin = os.Stdin
    cmd.Stdout = os.Stdout
    cmd.Stderr = os.Stderr
    if err := cmd.Run(); err !=nil{
        log.Fatal(err)
    }
}

exec.Command("sh")用來指定被fork出來的新進程內的初始命令，預設使用sh來執行。

使用CLONE_NEWUTS這個標識符去創建一個UTS Namespace。GO幫我們封裝了對clone方法的調用，在這段代碼執行後就會進入sh的環境。

UTS以下是測試

  • 使用root許可權去執行該代碼
  • 使用pstree -pl 查看進程樹

可以看到我們新產生的進程和它的id

  • 輸出當前進程的pid使用 echo $$
  • 可以驗證UTS Namespace 使用 readlink/proc/
  • 驗證修改hostname 使用 hostname -b

可以看到pid

可以看到UTS的Namespace

可以驗證修改後的hostname
綜上：UTS Namespace達到的預期的效果，的確可以對hostname進行隔離。

IPC Namespace

IPC Namespace用來隔離System V IPC 和 POSIX message queues。每個IPC Namespace都有自己的System V IPC 和 POSIX message queues。

修改一行代碼就可以進行創建。

package main
import (
    "log"
    "os"
    "os/exec"
    "syscall"
)

func main() {
    cmd := exec.Command("sh")
    cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
        Cloneflags: syscall.CLONE_NEWUTS|syscall.CLONE_NEWIPC,  // 這裡新添加了一行代碼。
    }
    cmd.Stdin = os.Stdin
    cmd.Stdout = os.Stdout
    cmd.Stderr = os.Stderr
    if err := cmd.Run();err !=nil{
        log.Fatal(err)
    }
}

可以看到 僅僅增加了syscall.CLONE_NEWIPC說我們希望同時創建一個新的IPC Namespace這樣就可以了。下麵進行演示。

IPC的測試

我們將在兩個視窗（一個宿主視窗sh，一個普通的用戶視窗）使用ipcs -q 命令進行查看， 使用ipcmk -Q命令進行創建。對比兩個視窗的顯示。

  • ipcs -q 命令用於查詢 message queue
  • ipcms -Q 用於創建 message queue

視窗sh

其他視窗

綜上：

  • 先使用whoami 查看用戶
  • 使用$$ 查看各自所屬的進程
  • 使用ipcs -q 查看message queue
  • 使用ipcmk -Q 創建message queue

可以看到進行了隔離。

PID Namespace

PID Namespace是用來隔離進程ID的。同樣一個進程在不同的PID里可以擁有不同的PID。例如使用在docker容器中我們會發現每個容器都有一個進程pid
是1。但在容器外就不是1了。

在上面代碼中加入 syscall.CLONE_NWEPID, 代表為fork出來的子進程創建自己的PID Namespace。

package main

import (
    "os/exec"
    "os"
    "log"
    "syscall"
)
func main() {//
    cmd := exec.Command("sh")
    cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
        Cloneflags: 0X8000000|0X4000000|0X20000000, 
    }
    cmd.Stdin = os.Stdin
    cmd.Stdout = os.Stdout
    cmd.Stderr = os.Stderr
    if err := cmd.Run(); err !=nil{
        log.Fatal(err)
    }
}

PID的測試

我們同樣打開兩個視窗，一個是sh的一個是普通的。然後查看pid就可以很明顯的看到區別了。

sh視窗

其他視窗

綜上：這裡可以看到該操作列印了Namespace的pid其值為1.也就是說30958被映射到了Namespace的1.這裡不能使用ps來查看，因為ps和top等命
令會使用/proc內容。

Mount Namespace

Mount Namespace 是用來隔離各個進程的掛載點視圖的。對於不同的Namespace的進程中，看到的文件系統是不一樣的。在Mount Namespace中使用
mount和umount僅僅只會影像當前Namespace內的文件系統，而對全局是沒有影響的。（第一個加入的Namespace類型）

chroot，它也是將一個子目錄變成根節點。但是Mount Namespace更加的方便靈活和安全。

package main

import (
    "os/exec"
    "os"
    "log"
    "syscall"
)
func main() {//
    cmd := exec.Command("sh")
    cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
        Cloneflags: 0X8000000|0X4000000|0X20000000|syscall.CLONE_NEWNS, 
    }
    cmd.Stdin = os.Stdin
    cmd.Stdout = os.Stdout
    cmd.Stderr = os.Stderr
    if err := cmd.Run(); err !=nil{
        log.Fatal(err)
    }
}

Mount Namespace測試

  • 運行代碼
  • 查看/proc 下的內容。（宿主機下的）
  • 掛在到當前的MountNamespace下

User Namespace

User Namespace主要是隔離用戶的用戶組id。也就是說一個進程的User ID 和 Group ID 在User Namespace內外可以是不同的。比如說。在宿主機上
以一個非root用戶運行創建一個User Namespace，然後在User Namespace裡面被映射成root用戶。從Linux Kernel3.8開始，非root進程也可以創建
User Namespace，並且此用戶在Namespace里可以被映射出root，且在Namespace中有root許可權。

package main
import (
 "os/exec"
 "os"
 "log"
 "syscall"
)

func main() {
    cmd := exec.Command("sh")
    cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
        Cloneflags: syscall.CLONE_NEWNS| syscall.CLONE_NEWIPC| syscall.CLONE_NEWUTS|
            syscall.CLONE_NEWPID|syscall.CLONE_NEWUSER,
    }
   // cmd.SysProcAttr.Credential = &syscall.Credential{Uid: uint32(1), Gid:uint32(1)}
    cmd.Stdin = os.Stdin
    cmd.Stdout = os.Stdout
    cmd.Stderr = os.Stderr
    if err := cmd.Run();err != nil{
        log.Fatal(err)
    }
    os.Exit(-1)
}

NWEUSER 測試

在之前的基礎上增加了 syscall.CLONE_NEWUSER。以root來運行這個程式，看看顯示結果。
宿主機的root用戶

sh的用戶

我們可以看到UID是不通的因此說明User Namespace生效了。

Network Namespace

Network Namespace 是用來隔離網路設備，ip，port等網路棧的Namespace。 Network Namespace可以讓每個容器都有自己獨立的網路設備。
而且應用可以綁定到自己的埠，每個Namespace還不會衝突。在宿主機器上搭建網橋後，就能很方便的實現容器間的通信，而且不通的容器也可以使
用相同的埠。

package main

import (
    "os/exec"
    "os"
    "log"
    "syscall"
)
func main() {//
    cmd := exec.Command("sh")
    cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
        Cloneflags: syscall.CLONE_NEWUSER|syscall.CLONE_NEWPID|syscall.CLONE_NEWUTS|
            syscall.CLONE_NEWIPC|syscall.CLONE_NEWNS|syscall.CLONE_NEWNET,
    }
    cmd.Stdin = os.Stdin
    cmd.Stdout = os.Stdout
    cmd.Stderr = os.Stderr
    if err := cmd.Run(); err !=nil{
        log.Fatal(err)
    }
}

Network測試

  • 先檢查自己的網路設備 使用ifconfig
  • 在檢查一下sh的網路設備 使用ifconfig

宿主視窗

sh視窗

綜上：可以看到宿主機器是由網卡等設備的，而sh並沒有。兩者是隔離的。


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